利用太阳光从海水中获得氢气的海水过滤光电催化一体机制造技术

一种利用太阳光从海水中获得氢气的海水过滤光电催化一体机，有通过管路依次连接的海水储水槽、泵和过滤器，过滤器的出水口通过管路连接氯离子去除装置的入水口，氯离子去除装置的出水口通过管路连接用于进行电解反应生成氢气和氧气的电解槽的进水口，电解槽内设置有电解阴极和电解阳极，电解阴极和电解阳极分别通过导线连接外部电源，电解阴极的上端位于用于收集氢气的氢气收集装置内，电解阳极的上端位于用于收集氧气的氧气收集装置内，电解槽内的电解反应采用太阳光作光源。本发明专利技术采用四氧化三钴纳米材料和碳纤维复合结构作为光电催化剂，利用海水和太阳光这两种源源不断的物质和能源，通过高效的光电催化反应获取氢气能源，大大提高氢气析出的效率。

【技术实现步骤摘要】
利用太阳光从海水中获得氢气的海水过滤光电催化一体机
本专利技术涉及一种从海水中获取氢气的装置。特别是涉及一种利用太阳光从海水中获得氢气的海水过滤光电催化一体机。
技术介绍
随着社会的进步，人们对环境治理和生活环境提出了更高的要求，化石燃料的使用会渐渐减少，可以想见的是，绿色能源最终将全部取代化石能源给人类提供持久无污染的能源。因此，需要一种仅依靠海水和太阳光源，利用高效光电催化剂，获取氢气能源的手段和装置，为绿色能源的获取提供一种高效持久的方法。一般情况下，海水光电解的主要问题是在中性溶液中，电解效率相比较酸性条件下，氢气获得的效率降低，或是耗电较大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够极大效率获取氢气能源的利用太阳光从海水中获得氢气的海水过滤光电催化一体机。本专利技术所采用的技术方案是：一种利用太阳光从海水中获得氢气的海水过滤光电催化一体机，包括有通过管路依次连接的海水储水槽、泵和过滤器，所述的过滤器的出水口通过管路连接氯离子去除装置的入水口，所述氯离子去除装置的出水口通过管路连接用于进行电解反应生成氢气和氧气的电解槽的进水口，所述的电解槽内设置有电解阴极和电解阳极，所述电解阴极和电解阳极分别通过导线连接外部电源，所述电解阴极的上端位于用于收集氢气的氢气收集装置内，所述电解阳极的上端位于用于收集氧气的氧气收集装置内，所述电解槽内的电解反应采用太阳光作光源。所述过滤器由入水口处至出水口处依次设置有砂滤级、活性炭级和超滤膜级共三级过滤。所述砂滤级中砂粒大小为2～24目。所述超滤膜的过滤精度在5纳米～20纳米。所述的电解槽是采用透光率95％以上的石英玻璃制作。所述的电解阴极为铂铱合金电极。所述的电解阳极由导电碳纤维棒构成，在导电碳纤维棒上沉积有四氧化三钴纳米颗粒。所述的在导电碳纤维棒上沉积四氧化三钴纳米颗粒，是在真空镀膜机上通过蒸发反应法制备，制备过程如下：1)将纯度为99.99％的四氧化三钴粉末作为膜料放在真空镀膜机的反应源装置内，基片为导电碳纤维棒，用丙酮擦拭后用乙醇洗净，再用热风吹干，然后放置在真空镀膜机的反应室内；2)设定参数，设定反应源装置的蒸发用电子枪功率35kW，反应室的真空度由分子泵抽至2.0x10-4Pa；3)启动电源，四氧化三钴粉末开始蒸发，在四氧化三钴蒸粉末发10分钟后，充入纯度99.995％的氧气，氧气流量设为3000sccm，气压控制在0.5Pa，继续充氧气20分钟；4)20分钟后，停止充入氧气，待气温降低到室温，取出导电碳纤维棒，从而得到作为阳极的沉积有四氧化三钴纳米颗粒的导电碳纤维棒。9.根据权利要求7所述的利用太阳光从海水中获得氢气的海水过滤光电催化一体机，其特征在于，所述的导电碳纤维棒上沉积的四氧化三钴大小为5～10个纳米。本专利技术的利用太阳光从海水中获得氢气的海水过滤光电催化一体机，采用高效的四氧化三钴纳米材料和碳纤维复合结构作为光电催化剂，利用海水和太阳光这两种源源不断的物质和能源，通过高效的光电催化反应获取氢气能源，大大提高氢气析出的效率。具有如下有益效果：1、本专利技术采用高效的四氧化三钴/碳纤维作为阳极材料，铂铱合金作为阴极材料，具有高效持久的光电催化效果。2、本专利技术采用三级过滤和氯离子去除的方式将海水进行处理，防止光电解时氯气的产生，使海水达到可以光解的条件。3、本专利技术采用在导电碳纤维棒上沉积有四氧化三钴纳米颗粒作为阳极，有着极其优异的催化效果，接近铂电极催化性能的80％，这是一般阳极材料无法达到的。4、本专利技术减少化石燃料的使用从而减少二氧化碳的排放，专利技术中的氢气能源来自于两个方面，一个是电，一个是光，更多的是在电源的驱动下，更有效的将光能转化成化学能储存在氢气里。专利技术中所需要的两个主要资源，一个是海水，一个是太阳光，都是源源不断的资源；另外氢气释放能源之后会在变成水，又可以重复循环利用，而且没有任何污染。氢气能源还可以长时间储存、可以管道长距离输送，更可以提供给汽车、火车、飞机、轮船等移动的交通运输工具使用，是便捷的，清洁的、环保的能源。附图说明图1是本专利技术利用太阳光从海水中获得氢气的海水过滤光电催化一体机的结构示意图。图中1：海水储水槽2：泵3：过滤器31：砂滤级32：活性炭级33：超滤膜级4：氯离子去除装置5：电解阴极6：电解阳极7：电解槽8：氢气收集装置9：氧气收集装置10：自然光源具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的利用太阳光从海水中获得氢气的海水过滤光电催化一体机做出详细说明。如图1所示，本专利技术的利用太阳光从海水中获得氢气的海水过滤光电催化一体机，包括有通过管路依次连接的海水储水槽1、泵2和过滤器3，所述的过滤器3的出水口通过管路连接氯离子去除装置4的入水口，所述氯离子去除装置4的出水口通过管路连接用于进行电解反应生成氢气和氧气的电解槽7的进水口，所述的电解槽7是采用透光率95％以上的石英玻璃制作。所述的电解槽7内设置有电解阴极5和电解阳极6，所述电解阴极5和电解阳极6分别通过导线连接外部电源，所述电解阴极5的上端位于用于收集氢气的氢气收集装置8内，所述电解阳极6的上端位于用于收集氧气的氧气收集装置9内，所述电解槽7内的电解反应采用太阳光10作光源，400nm～600nm光源最佳。所述的过滤器3由入水口处至出水口处依次设置有砂滤级31、活性炭级32和超滤膜级33共三级过滤。其中，所述砂滤级31中砂粒大小为2～24目。所述超滤膜的过滤精度在5纳米～20纳米，保证过滤的高效性和持久性。通过砂滤将大的杂质过滤掉，包括海砂，胶体，大的微生物等，使原水中的絮凝体等悬浮杂质在此过程中被截留。然后通过活性炭吸附和超滤膜的精密过滤，使水质澄清。其中超滤膜采用品质极高的聚砜材料，海水最后经过超滤膜，在外界推动力(压力)作用下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质，通过膜表面的微孔筛选可截留分子量为10000到30000的物质。所述氯离子去除装置4用于除去氯离子，防止光电解时氯气的产生。所述氯离子去除装置4是内部装有阴离子交换树脂的玻璃钢罐体；罐体内树脂数量根据进水量和氯离子浓度进行计算确定(是由水处理行业内基本计算公式可得)。本专利技术中所述的电解阴极5为铂铱合金电极，所述的电解阳极6由导电碳纤维棒构成，在导电碳纤维棒上沉积有四氧化三钴纳米颗粒。所述的导电碳纤维棒上沉积的四氧化三钴大小为5～10个纳米。这种阴阳极材料的组合得到实验证明，具备高效持久的光电催化效果。所述的在导电碳纤维棒上沉积四氧化三钴纳米颗粒，是在真空镀膜机上通过蒸发反应法制备，(如ZZS700-6/G型真空镀膜机)制备过程如下：1)将纯度为99.99％的四氧化三钴粉末作为膜料放在真空镀膜机的反应源装置内，基片为导电碳纤维棒，用丙酮擦拭后用乙醇洗净，再用热风吹干，然后放置在真空镀膜机的反应室内；2)设定参数，设定反应源装置的蒸发用电子枪功率35kW，反应室的真空度由分子泵抽至2.0x10-4Pa；3)启动电源，四氧化三钴粉末开始蒸发，在四氧化三钴蒸粉末发10分钟后，充入纯度99.995％的氧气，氧气流量设为3000sccm，气压控制在0.5Pa，继续充氧气20分钟；4)20分钟后，停止充入氧气，待气温降低到室温，取出导电碳纤维棒，从而得到作为阳极的沉积有四氧化三钴纳米颗粒的导电碳纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用太阳光从海水中获得氢气的海水过滤光电催化一体机，包括有通过管路依次连接的海水储水槽(1)、泵(2)和过滤器(3)，其特征在于，所述的过滤器(3)的出水口通过管路连接氯离子去除装置(4)的入水口，所述氯离子去除装置(4)的出水口通过管路连接用于进行电解反应生成氢气和氧气的电解槽(7)的进水口，所述的电解槽(7)内设置有电解阴极(5)和电解阳极(6)，所述电解阴极(5)和电解阳极(6)分别通过导线连接外部电源，所述电解阴极(5)的上端位于用于收集氢气的氢气收集装置(8)内，所述电解阳极(6)的上端位于用于收集氧气的氧气收集装置(9)内，所述电解槽(7)内的电解反应采用太阳光(10)作光源。

【技术特征摘要】
1.一种利用太阳光从海水中获得氢气的海水过滤光电催化一体机，包括有通过管路依次连接的海水储水槽(1)、泵(2)和过滤器(3)，其特征在于，所述的过滤器(3)的出水口通过管路连接氯离子去除装置(4)的入水口，所述氯离子去除装置(4)的出水口通过管路连接用于进行电解反应生成氢气和氧气的电解槽(7)的进水口，所述的电解槽(7)内设置有电解阴极(5)和电解阳极(6)，所述电解阴极(5)和电解阳极(6)分别通过导线连接外部电源，所述电解阴极(5)的上端位于用于收集氢气的氢气收集装置(8)内，所述电解阳极(6)的上端位于用于收集氧气的氧气收集装置(9)内，所述电解槽(7)内的电解反应采用太阳光(10)作光源。2.根据权利要求1所述的利用太阳光从海水中获得氢气的海水过滤光电催化一体机，其特征在于，所述的过滤器(3)由入水口处至出水口处依次设置有砂滤级(31)、活性炭级(32)和超滤膜级(33)共三级过滤。3.根据权利要求2所述的利用太阳光从海水中获得氢气的海水过滤光电催化一体机，其特征在于，所述砂滤级(31)中砂粒大小为2～24目。4.根据权利要求2所述的利用太阳光从海水中获得氢气的海水过滤光电催化一体机，其特征在于，所述超滤膜的过滤精度在5纳米～20纳米。5.根据权利要求1所述的利用太阳光从海水中获得氢气的海水过滤光电催化一体机，其特征在于，所述的电解槽(7)是采用透光率95％以上的石英玻璃...

【专利技术属性】
技术研发人员：马林，彭文朝，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12